Un conjunto combustible (10) de reactor nuclear que incluye una pluralidad de varillas alargadas (22) de combustible nuclear que tienen una longitud axial extendida,

al menos una rejilla de más abajo (20) que soporta dichas varillas de combustible en una formación organizada y dentro de la cual están definidos unos espacios desocupados adaptados para permitir el flujo de un fluido refrigerante a través de aquellos y más allá de dichas varillas (22) de combustible cuando dicho conjunto combustible está instalado en el reactor nuclear, y una pluralidad de manguitos de guía (18) que se extiende a lo largo de dichas varillas (22) de combustible a través y soportando dicha rejilla de más abajo (20), y estando diseñada una tobera de fondo (12) con filtro de residuos para quedar dispuesta por debajo de dicha rejilla de más abajo (20), por debajo de los extremos inferiores de dichas varillas (22) de combustible, soportando dichos manguitos de guía (18) y adaptada para permitir el flujo de un fluido refrigerante por el interior de dicho conjunto combustible (10), comprendiendo dicha tobera (12) con filtro de residuos una placa sustancialmente horizontal (46) que se extiende sustancialmente en sentido transversal con respecto al eje geométrico de las varillas de combustible y que presenta una cara superior dirigida hacia dicha rejilla de más abajo (20), estando definidos a través de dicha cara superior de dicha placa (46) al menos dos tipos diferentes de agujeros, siendo el primer tipo una pluralidad de agujeros (52) que reciben unos extremos inferiores de dichos manguitos de guía (18) donde son soportados por dicha placa (46) y siendo el segundo tipo de una pluralidad de agujeros (48) de paso del flujo dimensionados para filtrar residuos con un tamaño inductor de daños y extendiéndose completamente a través de dicha placa (46) para el paso de un fluido refrigerante desde una cara inferior de dicha placa hasta la cara superior de dicha placa, extendiéndose cada uno de dichos agujeros (48) de paso del flujo de refrigerante sustancialmente en la dirección axial de dichas varillas de combustible, en comunicación de fluido con dichos espacios desocupados, al menos algunos de dichos agujeros de paso del flujo del refrigerante presentan un perfil de sustancialmente de un Venturi (54) con un extremo de entrada (56) en la cara inferior de dicha placa y un extremo de salida (58) en la cara superior de dicha placa, en el que el Venturi está sustancialmente conformado por un bisel dispuesto en dicho extremo de entrada (56) y un bisel dispuesto en dicho extremo de salida (58), caracterizado porque

el diámetro de los agujeros (48) de paso del flujo presenta un tamaño apropiado para filtrar residuos de un tamaño que, de no ser así, se acumularían en los espacios desocupados de la rejilla de más abajo (20) y

el bisel del extremo de entrada (56) es de dos ángulos, incluyendo un primer bisel más próximo a la entrada y un segundo bisel adyacente a dicho primer bisel, definiendo dicho bisel de dos ángulos, de manera aproximada, una superficie curva.

Tobera de fondo con filtro de residuos para un conjunto combustible nuclear Antecedentes de la invención

Campo de la invención

La presente invención se refiere, en general, al campo de los reactores nucleares y, más concretamente, se refiere a una tobera de fondo con filtro de residuos para un conjunto combustible nuclear.

Técnica relacionada

Durante la fabricación, subsecuente instalación y reparación de los componentes que comprenden un sistema de circulación del refrigerante de un reactor nuclear, se desarrolla un diligente esfuerzo para ayudar a asegurar la retirada de todos los residuos de la vasija del reactor y sus sistemas asociados, los cuales hacen circular el refrigerante a lo largo del bucle primario del refrigerante del reactor bajo diversas condiciones operativas. Aunque se llevan a cabo procedimientos laboriosos para contribuir a asegurar la retirada de los residuos, la experiencia demuestra que, a pesar de las medidas preventivas utilizadas para llevar a cabo dicha retirada, algunas astillas y partículas de metal permanecen todavía ocultas dentro de los sistemas. La mayoría de los residuos se compone de virutas metálicas, las cuales probablemente quedaron en el sistema primario después de la reparación o sustitución del generador de vapor.

En particular, se ha venido apreciando en diversos reactores en los últimos años, daños al conjunto combustible debido a los residuos atrapados en la rejilla de más abajo. Los residuos entran a través de los agujeros de paso del flujo de la tobera de fondo del conjunto combustible desde las aberturas detrás del flujo de refrigerante situadas en la placa de soporte inferior del núcleo cuando la planta es puesta en funcionamiento. Los residuos tienden a quedar alojados en la rejilla de soporte de más abajo del conjunto combustible dentro de los espacios existentes entre las paredes de las celdas con forma de "huevera" de la rejilla y de las porciones terminales inferiores de los tubos de las varillas de combustible. Los daños consisten en unas perforaciones de los tubos de las varillas de combustible provocadas por la corrosión de los residuos en contacto con el exterior del tubo. Los residuos, así mismo, quedan enredados en los orificios de la placa de la tobera y el refrigerante que fluye provoca que los residuos giren, lo cual tiende a cortar el chapado de las varillas de combustible.

Se han propuesto y ensayado diversos sistemas diferentes para llevar a cabo la retirada de los residuos de los reactores nucleares. Muchos de estos sistemas se analizan en la Patente estadounidense No. 4, 096, 032 de Mayers et al. Otros se ilustran y describen en las diversas patentes de referencia cruzada, en la Patente estadounidense No. 4, 900, 507, transferida al cesionario de la presente. Otros sistemas adicionales se divulgan en el documento US 2003/0 043 954 A1 y en el documento EP 0 669 624 A1. Aunque todos estos sistemas descritos en la patente citada y en las referencias cruzadas funcionan relativamente bien y alcanzan en general sus objetivos bajo el abanico de condiciones operativas para las cuales fueron diseñados, persiste la necesidad de un sistema mejorado en mayor medida respecto del problema del filtrado de los residuos de los reactores nucleares, para obtener una reducción mejorada en la caída de la presión a través de la tobera de fondo que se requiere para diseños de combustible más avanzados que en la actualidad se están desarrollando.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona una tobera de fondo con filtro de residuos en un conjunto combustible diseñada para satisfacer las necesidades mencionadas con anterioridad. La tobera de fondo de la presente invención incluye una placa de la tobera que emplea el concepto de incorporar unos agujeros de paso del flujo con un diámetro más pequeño del que se ha utilizado con anterioridad al divulgado en la patente estadounidense 4, 900, 507, con una reducción aún más mejorada en la caída de la presión de la placa de la tobera. Los agujeros de paso del flujo tienen, de modo preferente, un diámetro de aproximadamente 0, 48 cm en su zona de mayor estrechamiento, lo que les hace estar dimensionados para filtrar residuos los cuales, de no ser así, se agruparían fundamentalmente en las secciones existentes entre la tobera de fondo y la rejilla de más abajo y dentro de los espacios desocupados de la rejilla de más abajo y provocaría fallos producidos por la corrosión de las varillas de combustible. Tal y como se señala en la Patente estadounidense No. 4, 900, 507, de forma inesperada, este concepto reduce la caída de la presión de la tobera de fondo con filtro de residuos en comparación con la tobera de fondo de la técnica anterior, aunque el área de flujo total a través de la tobera de fondo con este diseño es menor que el área de flujo total a través de la tobera de fondo de la técnica anterior. Se proporciona un área de flujo considerablemente mayor mediante el modelo de tobera de fondo con filtro de residuos de agujeros de paso del flujo más pequeños que mediante el modelo de tobera de fondo de la técnica anterior de agujeros de paso del flujo de mayor tamaño en las áreas locales de las respectivas placas de tobera situadas directamente por encima de los agujeros de paso del flujo de entrada de refrigerante en la placa inferior del núcleo del reactor.

La presente invención proporciona un contorno Venturi a los agujeros del flujo para reducir aún más la caída de la presión a través de la placa de la tobera de fondo.

La entrada a través del agujero de paso del flujo está provista de un doble bisel, potenciándose al máximo los ángulos del doble bisel para conseguir la caída de presión más baja. El doble bisel se aproxima a un radio, esto es a una curva, sin el gasto y las dificultades asociadas de maquinar una superficie curvada, lo que hace más eficiente el flujo a través de los agujeros.

De acuerdo con ello, la presente invención se refiere a una tobera de fondo con filtro de residuos de utilidad en un conjunto combustible para un reactor nuclear en el que el conjunto combustible incluye una pluralidad de varillas de combustible nuclear, al menos una rejilla de más abajo que soporta las varillas de combustible en una formación organizada y que presenta unos espacios desocupados definidos en su interior que permiten el flujo de fluido refrigerante a su través. La tobera de fondo con filtro de residuos está dispuesta en posición adyacente a y por debajo de la rejilla y por debajo de los extremos inferiores de las varillas de combustible. La tobera de fondo comprende una placa de la tobera fijada sobre un medio de soporte orientado hacia una rejilla de más abajo y que presenta, definida a través de ella, una pluralidad de aberturas de paso del flujo dimensionadas de forma individualizada para que la mayoría de los residuos de tamaño mayor que la dimensión máxima de los espacios desocupados a través de la rejilla de más abajo sean capturados debajo, dentro o cerca del orificio de salida de la abertura. De esta manera, la mayoría de los residuos que son transportados por el líquido refrigerante a través de la placa de la tobera son lo suficientemente pequeños para pasar a través de los espacios desocupados de la rejilla, mientras que la mayoría de los residuos que son transportados por el líquido refrigerante y que son lo suficientemente grandes para no pasar a través de los espacios desocupados de la rejilla y que se agrupan en la rejilla no pasarán a través de las aberturas de paso del flujo o quedarán retenidos cerca de las salidas de paso del flujo. Se consigue una reducción de la caída de la presión a través de la placa de la tobera de fondo mediante el establecimiento de un contorno Venturi en los agujeros de paso del flujo. Se establece una acentuación adicional de la manufacturabilidad y inspeccionabilidad del diseño de la presente invención mediante la incorporación de un bisel en el lado de la salida de los agujeros de paso del flujo y un doble bisel en el lado de la entrada.

Breve descripción de los dibujos Una comprensión más acabada de la invención puede obtenerse a partir de la descripción subsecuente de las formas de realización preferentes tomadas en combinación con los dibujos que se acompañan, en los cuales:

La Figura 1 es una vista en alzado, parcialmente en sección, de un conjunto combustible en el cual se incorpora la forma de realización preferente del colector de residuos de la presente invención, ilustrándose el conjunto en forma verticalmente acortada con partes cortadas para mayor claridad;

la Figura 2 es una vista lateral... [Seguir leyendo]

1. Un conjunto combustible (10) de reactor nuclear que incluye una pluralidad de varillas alargadas (22) de combustible nuclear que tienen una longitud axial extendida, al menos una rejilla de más abajo (20) que soporta dichas varillas de combustible en una formación organizada y dentro de la cual están definidos unos espacios 5 desocupados adaptados para permitir el flujo de un fluido refrigerante a través de aquellos y más allá de dichas varillas (22) de combustible cuando dicho conjunto combustible está instalado en el reactor nuclear, y una pluralidad de manguitos de guía (18) que se extiende a lo largo de dichas varillas (22) de combustible a través y soportando dicha rejilla de más abajo (20) , y estando diseñada una tobera de fondo (12) con filtro de residuos para quedar dispuesta por debajo de dicha rejilla de más abajo (20) , por debajo de los extremos inferiores de dichas varillas (22) 10 de combustible, soportando dichos manguitos de guía (18) y adaptada para permitir el flujo de un fluido refrigerante por el interior de dicho conjunto combustible (10) , comprendiendo dicha tobera (12) con filtro de residuos una placa sustancialmente horizontal (46) que se extiende sustancialmente en sentido transversal con respecto al eje geométrico de las varillas de combustible y que presenta una cara superior dirigida hacia dicha rejilla de más abajo (20) , estando definidos a través de dicha cara superior de dicha placa (46) al menos dos tipos diferentes de 15 agujeros, siendo el primer tipo una pluralidad de agujeros (52) que reciben unos extremos inferiores de dichos manguitos de guía (18) donde son soportados por dicha placa (46) y siendo el segundo tipo de una pluralidad de agujeros (48) de paso del flujo dimensionados para filtrar residuos con un tamaño inductor de daños y extendiéndose completamente a través de dicha placa (46) para el paso de un fluido refrigerante desde una cara inferior de dicha placa hasta la cara superior de dicha placa, extendiéndose cada uno de dichos agujeros (48) de 20 paso del flujo de refrigerante sustancialmente en la dirección axial de dichas varillas de combustible, en comunicación de fluido con dichos espacios desocupados, al menos algunos de dichos agujeros de paso del flujo del refrigerante presentan un perfil de sustancialmente de un Venturi (54) con un extremo de entrada (56) en la cara inferior de dicha placa y un extremo de salida (58) en la cara superior de dicha placa, en el que el Venturi está sustancialmente conformado por un bisel dispuesto en dicho extremo de entrada (56) y un bisel dispuesto en dicho extremo de salida (58) , caracterizado porque el diámetro de los agujeros (48) de paso del flujo presenta un tamaño apropiado para filtrar residuos de un tamaño que, de no ser así, se acumularían en los espacios desocupados de la rejilla de más abajo (20) y el bisel del extremo de entrada (56) es de dos ángulos, incluyendo un primer bisel más próximo a la entrada y un segundo bisel adyacente a dicho primer bisel, definiendo dicho bisel de dos ángulos, de manera aproximada, una 30 superficie curva.

2. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 1, en el que todos los agujeros (48) de paso del flujo de refrigerante no asociados con un manguito de guía incluyen el bisel de entrada de dos ángulos.

3. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 1, en el que los biseles presentan las siguientes dimensiones y ángulos con respecto a un eje geométrico del flujo del agujero (48) de paso del flujo donde el Bisel A 35 es el bisel más próximo a la entrada del agujero (48) de paso de flujo y el Bisel B es el bisel adyacente al Bisel A, separado de la entrada.

4. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 1, en el que los biseles presentan las siguientes dimensiones y ángulos relativos con respecto a un eje geométrico del agujero (48) de paso del flujo donde el Bisel A 40 es el bisel más próximo a la entrada, el Bisel B es el bisel adyacente al Bisel A, y el bisel C está en la salida de los agujeros (48) de paso del flujo y L / T es la longitud del bisel divido por el grosor de la placa.

5. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 3, en el que los biseles presentan las siguientes dimensiones y ángulos relativos con respecto a un eje geométrico de flujo del agujero (48) de paso del flujo donde el 45 Bisel A es el bisel más próximo a la entrada, el Bisel B es el bisel adyacente al Bisel A y el Bisel C está en la salida de los agujeros (48) de paso del flujo.

6. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 4, en el que los biseles presentan las siguientes dimensiones y ángulos relativos con respecto a un eje geométrico de flujo del agujero (48) de paso del flujo donde el Bisel A es el bisel más próximo a la entrada, el Bisel B es el bisel adyacente al Bisel A y el Bisel C está en la salida de los agujeros (48) de paso del flujo y L / T es la longitud del bisel divido por el grosor de la placa (46) .

7. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 1 que incluye unos medios de soporte (40, 42) adaptados para soportar dicho conjunto combustible (10) cuando está instalado en el reactor nuclear con dicha placa 10 (46) fijada en su periferia sobre dichos medios de soporte.

8. El conjunto combustible de reactor nuclear de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que los agujeros (48) de paso del flujo de refrigerante tienen un diámetro de 0, 48 + / - 0, 02 cm o inferior en su sección transversal más estrecha.

9. El conjunto combustible de reactor nuclear de la reivindicación 8, en el que los agujeros (48) de paso del flujo de 15 refrigerante están empaquetados en una densidad de aproximadamente 2, 56 por cm2.